(57)【要約】【課題】高い研磨速度、長寿命、及び高い平坦化能力を有する半導体ウエハ用の研磨パッド及びその製法を提供する。【解決手段】布帛及び布帛の構成繊維間の間隙を埋める非多孔質の樹脂からなり、該布帛を構成する繊維が、断面積１平方ミクロン以上７０平方ミクロン以下、かつ乾燥時の引張強さ０．２６Ｎ／ｔｅｘ以上の高分子材料からなる繊維であることを特徴とする研磨パッド。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路作成用ウエハの表面研磨に用いられる研磨パッドであって、布帛及び布帛の構成繊維間の間隙を埋める非多孔質の樹脂からなり、該布帛を構成する繊維が断面積１平方ミクロン以上７０平方ミクロン以下、かつ乾燥時の引張強さ０．２６Ｎ／ｔｅｘ以上の高分子材料からなる繊維であることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
布帛が、少なくとも１種の分割繊維を含む繊維で構成された布帛である請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
布帛を構成する繊維が、ポリエステル繊維、アクリル繊維、及びポリアミド繊維からなる群から選択された少なくとも一種の繊維である請求項１または２のいずれか１項に記載の研磨パッド。
【請求項４】
布帛が、化学線照射による表面処理を施した布帛である請求項１から３のいずれか１項に記載の研磨パッド。
【請求項５】
半導体集積回路作成用ウエハの表面研磨に用いられる研磨パッドの製法であって、感光性樹脂組成物を断面積１平方ミクロン以上７０平方ミクロン以下、かつ乾燥時の引張強さ０．２６Ｎ／ｔｅｘ以上の高分子材料からなる繊維で構成された布帛からなる基材に含浸させた後、該樹脂組成物に紫外線または可視光線を照射して硬化させることを特徴とする研磨パッドの製法。
【請求項６】
断面積１平方ミクロン以上７０平方ミクロン以下、かつ乾燥時の引張強さ０．２６Ｎ／ｔｅｘ以上の高分子材料からなる繊維で構成された布帛に化学線照射による表面処理を施した後、感光性樹脂組成物を該布帛からなる基材に含浸させ、該樹脂組成物に紫外線または可視光線を照射して硬化させる請求項５に記載の研磨パッドの製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路作成に使用するウエハ表面の凹凸をケミカルメカニカル研磨法で平坦化する工程に使用される研磨パッドとその製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路を製造する工程には、ウエハ表面に導電性膜を形成した後フォトリソグラフィー及びエッチングによって配線パターンを形成する工程や、該配線パターンの上に層間絶縁膜を形成する工程が存在する。しかしながら、これらの工程によって、ウエハ表面には導電体及び絶縁体からなる好ましからざる凹凸が同時に発生する。近年、半導体集積回路の高密度化を目的として配線パターンの微細化や多層化が進んでいるが、フォトリソグラフィー工程における焦点深度を確保するためにウエハ表面の該凹凸を平坦化する技術が重要となってきた。
【０００３】
半導体集積回路作成用のウエハ表面の凹凸を平坦化する方法としては、現在、ケミカルメカニカル研磨（以下、「ＣＭＰ」という。）法が主として使用されている。
ＣＭＰ法は、砥粒がスラリー状に分散した加工液（以下、「スラリー」という。）を用いて、加工液による化学的な作用と砥粒による機械的な作用とを併せて研磨する方法である。
ＣＭＰ法で使用する研磨装置は、主にプラテン、ウエハキャリアヘッド、スラリー供給ノズル、ドレッサーから構成される。プラテンは研磨パッドを貼りつけるためのものであり、ウエハキャリアヘッドはウエハを取り付けるためのものであり、スラリー供給ノズルはスラリーを研磨パッドの研磨面上に供給するためのものである。また、ドレッサーは研磨面の更新処理（以下、「ドレッシング処理」、または「コンディショニング処理」という。）を行うためのものである。
【０００４】
ＣＭＰ法による研磨工程は、上記ウエハキャリアヘッドに取り付けられたウエハの被研磨面が上記プラテンに取り付けられた研磨パッドの研磨面に押しつけられると同時に、該プラテン及び該ウエハキャリアヘッドが回転し、研磨面上に供給されたスラリーを被研磨面と研磨面の間にはさみ込むことで行われる。なお、研磨パッドは研磨時間の経過とともに表面に研磨くず等が詰まって研磨速度が低下するために、定期的にドレッサーでドレッシング処理を行う必要がある。該ドレッシング処理は、研磨面の更新以外にも、研磨面にスラリーを保持することのできる微細なきめ（数ミクロンオーダー）を形成する働きを併せ持っている。
【０００５】
ＣＭＰ法による研磨工程において、研磨パッドに対して第一に要求されるのは、研磨速度が高くウエハの被研磨面内で均一であることである。このために研磨パッドには、スラリー供給ノズルより研磨面の一部分上に供給されたスラリーを研磨面全面に渡って効率的に移送し、研磨部位で発生したウエハ由来の研磨生成物、あるいは研磨パッドくずを排出できるように、格子状、同心円状、ないしはスパイラル状の溝等の研磨面全面に渡る凹凸構造（数百ミクロンオーダー）が存在する必要がある。
また、スラリー、もしくはスラリー中に含まれる砥粒を被研磨面全面に渡って、研磨パッドとウエハの隙間に効率的に保持できるように、研磨パッドの研磨面には気泡、あるいは研磨パッドの研磨面表面に露出する繊維の一部等の局所的な凹凸構造（数十ミクロンオーダー）が存在することが、研磨速度の向上に好ましい。
【０００６】
第二に要求されるのは、研磨パッドの寿命が長いこと、すなわち研磨パッドを交換せずに研磨することのできるウエハの枚数が多いことである。このためには、研磨パッドは耐磨耗性が高い必要がある。
第三に要求されるのは、被研磨面の平坦化能力が高いことである。特に、ダマシン配線における銅メッキ配線の研磨工程においては、１０００ｎｍ以上の厚みを持つ銅配線を研磨する必要があるので、メッキプロセスでメッキ表面にトレンチから転写された凹凸を解消するためには高い平坦化能力が要求される。また、銅やアルミニウムからなる配線、酸化ケイ素等からなる層間絶縁膜、及びチタン等からなるバリアメタル層、といった異なる材料からなる被研磨面の研磨においては、材料の硬さが異なるためにディシング・エロージョンと呼ばれる平坦化不良が発生しやすい。
【０００７】
ディシングとは、銅等の導電体パターンを有する被研磨面のＣＭＰ研磨後に見られる平坦化不良の一つで、被研磨面における導電体パターンの中心部分と絶縁体部分の高さとの差で定義される。エロージョンとは、高密度配線部分を有する被研磨面のＣＭＰ研磨後に見られる平坦化不良の一つで、被研磨面の高密度配線部分全体における最も低い部分と、広い絶縁体部分の高さとの差で定義される。これらは、一般的に表面段差計を用いてＣＭＰ研磨後の被研磨面を微小な針で走査することによって測定されるが、値が小さいほど平坦度がよく好ましいことはいうまでもない。
ディシングやエロージョンの発生量を抑制するには、研磨パッド自体の素材の物性、及び表面状態の均一性が高いことに加えて、研磨面が変形しにくいもの、また表面におけるキメの状態が最適に調整された研磨パッドを使用する必要がある。
【０００８】
従来知られているＣＭＰ用研磨パッドは、独立発泡構造の研磨パッド、連続発泡構造の研磨パッド、無発泡構造の研磨パッド、あるいはこれらを貼り合わせた複合構造の研磨パッドに分類することができる。
独立発泡構造の研磨パッドとしては、ポリウレタンの発泡体からなる研磨パッドが知られている。該研磨パッドは、通常、バッチ式反応によってブロック状のウレタン発泡体を製造した後、該発泡体を研磨パッドの形状にスライスするという工程によって製造される。該研磨パッドは局所的な凹凸構造としてスライスされた気泡に由来する半球状のくぼみ（数十ミクロンオーダー）を既に持っているので、通常は切削加工により溝からなる研磨面全面に渡る凹凸構造（数百ミクロンオーダー）を形成して使用される。
【０００９】
しかしながら、当該研磨パッドの製造工程においては、反応温度の均一性、発泡倍率の均一性を反応容器全体に渡って確保することは困難であるため、研磨パッド全体に渡って均質な製品を製造することが困難である。また、当該パッドは、スラリー成分、或いは研磨作用において発生した生成物が上記の半球状の窪みに堆積しやすいため、目詰まりが比較的短い研磨時間で起こりやすい。従って、高い研磨速度を保つためには、頻繁にドレッサーで研磨面の目詰まりした部分を削除する必要が生じる。そのため、研磨工程中に長い合計ドレッシング処理時間を必要とするという問題と、研磨パッドの寿命が短いという問題を有している。
すなわち、このようなポリウレタンの発泡体からなる研磨パッドは、上記３つの研磨パッドに要求される性能（すなわち、高い研磨速度、耐磨耗性、平坦化性能）が常に満足できるものとは限らなかった。
【００１０】
連続発泡構造の研磨パッドとしては、ポリエステル製のフェルト状繊維シートにポリウレタンを含浸させた研磨パッドが代表的なものである（例えば、特許文献１参照）。該研磨パッドは、ジメチルホルムアミド、メチルエチルケトン、テトラヒドロフランなどの溶媒に溶解させた熱硬化性のウレタン樹脂をフェルト状繊維シートに含浸させ、乾燥によって溶媒を蒸発させた後、加熱によって該ウレタン樹脂を硬化させる、という工程によって製造される。該研磨パッドは局所的な凹凸構造としてフェルトに由来する連続気泡（数十〜数百ミクロンオーダー）を持っている。またスラリーが該連続気泡を通して研磨パッド全体に染み込み、被研磨面の圧力によって染み出る機構によって移送されるので、パッド全面に渡る溝等を形成せずに使用することも可能である。
【００１１】
しかしながら、上記の製造工程は乾燥工程、熱反応工程を主としており、反応組成物が凝集しやすい状態に置かれることになるため、研磨パッド材料の組成、物性をミクロなレベルに至るまで均一に保つことは困難である。
また、研磨パッド自体が連続発泡構造に由来する圧縮性を有するため、平坦化性能が劣るという問題点を有している。さらに、フェルト状繊維シートの繊維間の隙間が連続気泡として存在するため、該繊維にウエハ研磨で発生した研磨クズが絡まり、被研磨製品にスクラッチを生じさせる場合が多い。従って、このようなポリエステル製のフェルト状繊維シートにポリウレタンを含浸させた研磨パッドにおいては、研磨速度及び研磨速度の均一性、及び平坦化性能を同時に満足できる結果は得られていない。
【００１２】
無発泡構造の研磨パッドとしては、ポリウレタン等の固体均質重合体が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、ポリウレタン系の光硬化樹脂で作成した無発泡構造の研磨パッドも提案されている（特許文献３参照）。該研磨パッドは前述の２種の研磨パッドとは異なり製法に由来する局所的な凹凸構造を持たないため、コンディショニング処理による微細なきめ（数ミクロンオーダー）を設けることが必須である。また、切削加工により溝等の研磨面全面に渡る凹凸構造（数百ミクロンオーダー）を形成することも必須である。なお、光硬化樹脂で作成した無発泡構造の研磨パッドの場合は、溝等の研磨面全面に渡る凹凸構造（数百ミクロンオーダー）をフォトリソグラフィー法によって作成することも可能である。（特許文献４参照）。
【００１３】
しかしながら、上記無発泡構造の研磨パッドは、製法に由来する局所的な凹凸構造（数十ミクロンオーダー）を有さず、コンディショニング処理による微細なきめ（数ミクロンオーダー）しか有さないために、十分なスラリーの保持力が得られず研磨速度が低いという問題点がある。その上に、研磨パッドの寿命が短いという問題も有している。
そこで、上記無発泡構造を有する樹脂を用いた研磨パッドの表面に局所的な凹凸構造を形成させスラリー保持力を向上させるために、研磨パッドを構成する光硬化樹脂中に、ポリマーフィラー、アルミナ、シリカ、中空セラミックスバルーン、中空ガラスビーズ等のフィラーを添加することが、前述の特許文献４に提案されている。しかしながら、樹脂にフィラーを添加しても、各フィラーは独立に研磨パッド中に分散しており研磨によって研磨面より除去されていくため、研磨面の耐磨耗性を向上させる効果が少なく、研磨パッドの長寿命化は期待できない。
【００１４】
このように、無発泡構造を有する樹脂を用いた研磨パッドによって、独立発泡、連続発泡構造を有する樹脂を用いた研磨パッドの製法に起因する欠点を取り除くことは可能であっても、前述した３つの研磨パッドに対する要求性能を同時に満足するものはなかった。すなわち、無発泡構造を有する樹脂を用いた研磨パッドによって、発泡構造を有する樹脂を用いた研磨パッドにおける気泡の目詰まりという問題を解消したり、平坦化性能を向上させることはできるものの、研磨速度（スラリー移送・保持能力）または耐磨耗性の点で満足の行くものではなかった。
【００１５】
【特許文献１】
米国特許第４，９２７，４３２号明細書（特許請求の範囲）
【特許文献２】
米国特許第５，４８９，２３３号明細書（特許請求の範囲）
【特許文献３】
米国特許第５，９６５，４６０号明細書（特許請求の範囲）
【特許文献４】
米国特許第６，０３６，５７９号明細書（特許請求の範囲、明細書第２欄第４５行〜第５６行）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の研磨パッドに比較して高い研磨速度が得られ、しかも均一性が高く、かつ寿命の長い研磨パッドを提供することを目的とする。特に、ダマシン配線の銅配線、あるいはアルミニウム配線パターン等の厚い導電体パターンの研磨に適する、平坦化能力の高い研磨パッドを提供することを目的とする。また、上述の研磨パッドの製法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記課題を解決するために検討した結果、布帛及び非多孔質の樹脂からなる研磨パッドであって、該布帛を構成する繊維が、断面積が小さく、かつ乾燥時の引張強さが大きい高分子材料からなる繊維である研磨パッドが高い研磨速度とともに高い平坦化能力を示すことを見出し、本発明をなすに至った。
【００１８】
すなわち本発明の一は、以下の研磨パッドの発明である。
１．半導体集積回路作成用ウエハの表面研磨に用いられる研磨パッドであって、布帛及び布帛の構成繊維間の間隙を埋める非多孔質の樹脂からなり、該布帛を構成する繊維が断面積１平方ミクロン以上７０平方ミクロン以下、かつ乾燥時の引張強さ０．２６Ｎ／ｔｅｘ以上の高分子材料からなる繊維であることを特徴とする研磨パッド。
２．布帛が、少なくとも１種の分割繊維を含む繊維で構成された布帛である上記１に記載の研磨パッド。
３．布帛を構成する繊維が、ポリエステル繊維、アクリル繊維、及びポリアミド繊維からなる群から選択された少なくとも一種の繊維である上記１または２のいずれかに記載の研磨パッド。
４．布帛が、化学線照射による表面処理を施した布帛である上記１から３のいずれかに記載の研磨パッド。
【００１９】
また、本発明の二は、以下の研磨パッドの製法の発明である。
５．半導体集積回路作成用ウエハの表面研磨に用いられる研磨パッドの製法であって、感光性樹脂組成物を断面積１平方ミクロン以上７０平方ミクロン以下、かつ乾燥時の引張強さ０．２６Ｎ／ｔｅｘ以上の高分子材料からなる繊維で構成された布帛からなる基材に含浸させた後、該樹脂組成物に紫外線または可視光線を照射して硬化させることを特徴とする研磨パッドの製法。
６．断面積１平方ミクロン以上７０平方ミクロン以下、かつ乾燥時の引張強さ０．２６Ｎ／ｔｅｘ以上の高分子材料からなる繊維で構成された布帛に化学線照射による表面処理を施した後、感光性樹脂組成物を該布帛からなる基材に含浸させ、該樹脂組成物に紫外線または可視光線を照射して硬化させる上記５に記載の研磨パッドの製法。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明について、以下具体的に説明する。
本発明の研磨パッドは、断面積１平方ミクロン以上７０平方ミクロン以下、かつ乾燥時の引張強さ０．２６Ｎ／ｔｅｘ（３．０ｇ／デニール）以上の高分子材料からなる繊維で構成される布帛からなる基材と、該基材の構成繊維間の間隙を埋める非多硬質の樹脂からなる。なお、ここでいう繊維の断面積とは、繊維の長手方向に垂直な断面の断面積をいうものとする。
【００２１】
本発明において、繊維とは分割繊維であってもよい。分割繊維とは、長手方向に２本以上の部分繊維に分割することができる単繊維をいう。分割繊維は、単繊維を構成する各部分繊維に分割されることによって各部分繊維がエッジを持つブレード状の断面構造をとるので、通常の円形断面の単繊維と比べて対象物への密着性が高まるとされている。また、単繊維が分割された後の各部分繊維の隙間がスラリー中の砥粒を捕捉する場所として機能することで研磨速度を確保できると同時に、分割された後の各部分繊維の断面積が小さいため、後述のように、平坦化性能にすぐれている。従って、分割繊維は本発明の研磨パッドの基材である布帛を構成する繊維として好適なものである。該分割繊維の好ましい例としては、ポリエステル６５％とナイロン３５％からなる複合繊維があげられる。
【００２２】
分割繊維の各部分繊維の間には切れ目が入っているが、該分割繊維で構成される布帛を基材とする研磨パッドにおいて、該布帛の構成繊維間の間隙を埋める非多孔質の樹脂に埋まっている状態では、単繊維が各部分繊維に分割されていても分割されていなくてもよい。しかしながら、単繊維が研磨パッドの研磨面に露出した時は、コンディショニング処理あるいはウエハによる負荷のために該単繊維は各部分繊維に分割される。従って、本発明における繊維の断面積は、該繊維が分割繊維の場合には、分割された後の各部分繊維の断面積をいうものとする。
【００２３】
また、本発明の研磨パッドは、従来の無発泡構造の研磨パッドと異なり、研磨パッド全体に渡って連続する布帛からなる基材を用いたことにより、研磨パッド全体が強靭な構造となっている。そのために、研磨を繰り返した時の磨耗量が抑えられ、研磨パッド１枚で研磨しうるウエハの枚数を増加させることができる。
さらに、本発明の研磨パッドにおいては、研磨パッドの研磨面の一部分に露出した布帛を構成する繊維に由来する、表面の数十ミクロンオーダーの凹凸構造がスラリ−の効率的な移送及び保持に寄与し、高い研磨速度を達成することを可能としている。また、このように布帛そのものの構造に起因する凸凹構造を用いることによって、発泡構造の研磨パッドが有する独立気泡への目詰まりや、連続気泡への研磨クズの絡まりによるスクラッチのような問題を回避することが可能となる。
【００２４】
本発明の研磨パッドにおいて基材として使用される布帛は、織布でも不織布でもかまわないが、不織布がより好ましく用いられる。不織布の作製方法は、浸漬接着法、ニードルパンチ法、スパンボンド法、ステッチボンド法、あるいは湿式のウォータージェット法などが知られているが、本発明において使用される布帛としては、研磨速度を高くかつ均一に保つために、高密度かつ均質なものが好ましい。好ましいものの一例としてはウォータージェット法で生産した不織布があげられる。また、他の方法で作成された不織布をプレス等により圧縮して高密度化させたものも好ましい。
【００２５】
また、該基材の構成繊維としては、乾燥時に０．２６Ｎ／ｔｅｘ（３．０ｇ／デニール）以上の引張強さを有する高分子材料からなる繊維が好ましく、０．４０Ｎ／ｔｅｘ（４．５ｇ／デニール）以上の引張強さを有する高分子材料からなる繊維がより好ましい。引張強さが０．２６Ｎ／ｔｅｘ未満の高分子材料からなる繊維は、砥粒をウエハの被研磨面に押し付ける力が弱いために高い研磨速度を達成することが困難になる。乾燥時に０．２６Ｎ／ｔｅｘ（３．０ｇ／デニール）以上の引張強さを有する高分子材料からなる繊維の例としては、アクリル繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維の一部があげられる。なお、上記高分子材料の引張強さは、該高分子材料を化学繊維フィラメント糸に紡糸した状態でＪＩＳ  Ｌ１０１３（化学繊維フィラメント糸試験方法）に規定された測定方法に基づいて得られるものであり、ｔｅｘとは繊維１ｋｍあたりのグラム数をいう。
【００２６】
本発明者が検討した結果、不織布を基材として用いている研磨パッドの場合、研磨パッドの研磨面から突出している繊維（以下、「毛羽立ち」という。）の量とその断面積が研磨パッドとしての性能に重要な役割を果たすことが判明した。
本発明者が検討した結果、布帛と布帛を構成する繊維の間隙を埋める非多孔質の樹脂からなる研磨パッドにおいて、乾燥時に０．２６Ｎ／ｔｅｘ（３．０ｇ／デニール）以上の引張強さを有する高分子材料からなる繊維を使用すると、該繊維の断面積が大きい場合は研磨速度を高くすることができた。この理由は、ウエハと研磨パッドの研磨面との間隔が該繊維の断面積に応じて大きくなるので、スラリーまたは砥粒を保持する空間も大きくなったためと考えられる。しかしながら、繊維一本の引張強さが０．２６Ｎ／ｔｅｘ（３．０ｇ／デニール）以上と大きく毛羽立ちがたわみにくいため、平坦化性能を良好に保つことはできなかった。これに対し本発明では、基材となる布帛を、引張強さは大きいが断面積は小さい繊維で構成することで、研磨速度を保ちながら、良好な平坦化性能を得ることができることを見出した。
【００２７】
本発明の研磨パッドの基材となる布帛を構成する繊維の断面形状は、円形、あるいは楕円形でも構わない。また、本発明の研磨パッドの基材となる布帛には、前述した分割繊維のほか、断面に空孔を有する多孔質の繊維、または異形断面を有する繊維からなる不織布も好ましく用いられる。
本発明の研磨パッドの基材に使用される布帛は、断面積１平方ミクロン以上７０平方ミクロン以下、かつ引張強さ０．２６Ｎ／ｔｅｘ（３．０ｇ／デニール）以上の高分子材料からなる繊維からなる布帛である時に、高い研磨速度と良好な平坦化性能とのバランスの取れた研磨性能を得ることができる。該断面積は、１平方ミクロン以上５０平方ミクロン以下であることが好ましく、１平方ミクロン以上３０平方ミクロン以下であることがさらに好ましい。該断面積が７０平方ミクロンより大きい場合は、研磨速度は高くなるものの、毛羽立ちの量が大きくなるため、ディシングやエロージョンの値が大きくなり好ましくない。また、該断面積が１平方ミクロン未満の場合はスラリーを保持する能力が低下するため研磨速度が低下して好ましくない。
【００２８】
本発明の研磨パッドを用いて、前述したダマシン配線の銅パターンを有するウエハを研磨するためのスラリーには、酸化アルミニウムやフュームドシリカを砥粒として用い、主に機械的な作用により研磨するスラリーを使用することが高い研磨速度を得るためには好ましい。
本発明の研磨パッドの基材である布帛には、繊維表面を改質するための処理を施すことも好ましい。このような処理は、２つの効果を生むと考えられる。一つは、樹脂と布帛の結合を増加させ、研磨パッド表面においてコンディショニング処理時に布帛を構成する繊維が樹脂から引き抜かれたり、布帛を構成する繊維が研磨面から露出した時に、必要以上に毛羽立たないようにして、研磨面上に長く露出した糸を出さないという効果である。２つ目は、布帛の機械的物性をコントロールすることで、コンディショニング処理により更新された研磨面に露出した繊維の長さと量を調整しやすくすることである。
【００２９】
一般に繊維表面の改質には、大きく２つの方法が存在する。一つは湿式で行う化学処理法、もう一つは乾式で行う物理処理法である。化学処理法とは主に大量の水や薬品を用いて繊維を処理する手法であり、化学薬品処理・コーティング・電着・グラフトなどの手法が存在する。布帛の原料となる繊維に各種の機能を持つ樹脂をコーティングしたり、酸やアルカリで繊維表面を酸化・エッチングしたりする事で改質する。化学処理法の場合、処理が繊維表面から比較的深い所まで改質することが出来るという特長がある。
【００３０】
これに対して物理処理法とは光・プラズマ・電子線などによって繊維表面を処理する手法であり、放電処理（コロナ放電処理、グロー放電処理）・火炎処理・オゾン処理・電離活性線処理（紫外線照射、電子線照射、放射線照射、レーザー照射・イオンビーム処理）などの手法が存在する。布帛の原料となる繊維にグロー放電する事で官能基を付与したり、火炎処理によって表面酸化や架橋を行ったりする事で改質する。物理処理法の場合、繊維が有するバルクとしての本来の性質を保持しつつ、繊維表面のみを改質する事が出来るという特長がある。
【００３１】
本発明者が検討した結果、これらの処理法の中で、紫外線などの化学線照射による表面処理を施すことが、ディシングの抑制に効果があることが判明した。化学線照射による表面処理の反応機構は主に光洗浄効果と表面改質効果からなっている。前者は汚染物として表面に付着している有機化合物が、非常に高いエネルギーをもつ化学線によって気体レベルまで分解される反応である。また後者は化学線のエネルギーによって高分子の主鎖、あるいは側鎖の結合をいったん切り、切られた結合が再結合することによって、表面が改質される反応である。
【００３２】
本発明における化学線照射に使用する化学線としては、波長が１００〜４００ｎｍの化学線が利用できる。ポリエステル繊維、ナイロン繊維等の改質効果の観点から、波長が１５０〜２５０ｎｍの化学線が好ましく、波長が１６０〜２００ｎｍの化学線がより好ましい。また照射する化学線のエネルギーの値は、６００ｍＪ／ｃｍ２以上１２００ｍＪ／ｃｍ２以下が好ましく、１０００ｍＪ／ｃｍ２以上１２００ｍＪ／ｃｍ２以下がより好ましい。
【００３３】
布帛に化学線処理を行った場合に、布帛が示す特性の違いとしては、繊維の吸水性（濡れ性）の変化があげられる。これは化学線照射によって繊維表面に光洗浄効果（不純物の分解）と表面改質効果（繊維表面への極性基の導入）が起こった為と考えられる。例えばナイロン繊維からなる布帛の場合、波長１７２ｎｍの化学線を６００ｍＪ／ｃｍ２照射することによって、吸水性が約２倍に改善された。またポリエステル繊維からなる布帛の場合は、化学線処理前は吸水性をほとんど示さなかったが、化学線処理によって吸水性を示すようになった。
【００３４】
なおここで言う吸水性は次のような手順で測定される吸水速度によって評価した。（１）布帛を９．０×０．５ｍｍの大きさに切り抜く。（２）１ｃｍの深さに染料（マラカイトグリーン）を溶解させた水の入った容器に浸漬する。（３）１０秒後に、布帛の着色した部分の水面からの高さ（ｍｍ）を測定し、１０で割ることで吸水速度（ｍｍ／ｓ）を求める。
また化学線処理は繊維の表面形態にも影響を与える。例えばナイロンでは通常繊維表面は平らであるが、上記化学線処理後は繊維表面に化学線によるエッチングによって発生したと考えられる縞状の模様が発生していた。上述の吸水性の向上はこの表面形態の違いに由来する差であると考えられる。
【００３５】
上述の布帛の化学線処理によって繊維−樹脂間の濡れ性が改善されたことは、研磨パッド製作後の繊維−樹脂間の界面の顕微鏡観察によっても裏付けられる。上述の化学線処理を行わなかった研磨パッドでは繊維と樹脂との界面に小さい空孔が認められる箇所があった。しかしながら、化学線処理を行った研磨パッドでは界面に空孔はほとんど認められなくなり、両者の間の濡れ性の差異が確認できた。
【００３６】
一般に、研磨パッドの研磨面における毛羽立ちが多い場合には、これによって配線部分等の余分な研磨が発生するため被研磨面の平坦性を悪化させるものと考えられる。従って、前述した布帛を構成する繊維の断面積のみならず、上述の化学線処理による布帛の濡れ性の改善や強度の変化も、該布帛を基材とする研磨パッドにおける研磨特性に影響するものと考えられる。
【００３７】
本発明では化学線処理する事で、研磨面の毛羽立ちをコントロールする事を可能とした。本発明者が顕微鏡観察を行ったところ、化学線照射を行わない布帛を基材とする研磨パッドの研磨面においては、長い繊維の毛羽立ちが多数発生していたが、化学線照射を行った布帛を基材とする研磨パッドの研磨面では繊維の毛羽立ちは短く切れていた。この原因は、前述のナイロン繊維の表面に発生した縞状の模様から推定すると、化学線照射によって繊維の破断強度を低下させコンディショニング処理時に切断しやすくさせた事、および布帛を構成する繊維と樹脂の濡れ性を向上させ界面の接着強度を向上させた結果、繊維の樹脂からの離脱が抑制された事、の複合的な作用と考えられる。すなわち、化学線処理によって研磨面に露出した毛羽立ちの長さを調整する事ができ、従来の不織布を使用した連続発泡構造の研磨パッドで問題になっていた平坦化不良のさらなる改善が可能になる。
【００３８】
本発明の研磨パッドで使用される樹脂は、非多孔質の樹脂である必要があるが、非多孔質の光硬化樹脂であることが好ましい。熱硬化樹脂を使用して本発明の非多孔質の研磨パッドを製造する場合は熱分布等に由来する硬化後の残留応力により研磨パッドが反ることがあるのに対して、光硬化樹脂を使用した場合は短時間で均一に反応が進行するためこのような問題は発生しにくい。
該光硬化樹脂は、感光性樹脂組成物に紫外線や可視光線を照射して硬化させたもので、該感光性樹脂組成物は、少なくとも光重合性ポリマー或いはオリゴマー、及び光重合性モノマーのうちの少なくとも一種を含む。
【００３９】
上記光重合性ポリマー或いはオリゴマーとしては、不飽和ポリエステル、ポリエーテル（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、ポリブタジエン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート等が挙げられる。
上記光重合性モノマーとしては、少なくとも１個以上のエチレン性不飽和基を末端又は側鎖に有する化合物が好ましい。エチレン性の不飽和基とは、アクリレート、メタクリレート、ビニル、アリル等に含まれるものを指す。具体的には、ラウリル（メタ）アクリレート、Ｎ−（３−ジメチルアミノプロピル）（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート等の各種のエチレン性不飽和基を１つ有する化合物、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、グリセリンジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール＃２００ジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール＃４００ジ（メタ）アクリレート、１，３−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオぺンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、１，１０−デカンジオールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加物のジ（メタ）アクリレート、トリアリルイソシアヌレート、イソシアヌール酸エチレンオキサイド変成ジ（メタ）アクリレート、イソシアヌール酸エチレンオキサイド変成トリ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ぺンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、１，９−ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールの３モルエチレンオキサイド付加物のトリ（メタ）アクリレート、オリゴプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリテトラメチレングリコールジ（メタ）アクリレート等の多官能モノマーが挙げられる。
【００４０】
或いはペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート等のヒドロキシ（メタ）アクリレート類を、モノイソシアネートと反応させることによって得られるウレタン基を分子内に含む光重合性モノマーも好ましい
また、水酸基含有化合物とエチレン性不飽和基を持つモノイソシアネートを反応させることによって得られるウレタン基を分子内に含む光重合性モノマーも好ましい。
【００４１】
具体的な例としては、ポリ（オキシプロピレン）ポリオール、コポリ（オキシエチレン−オキシプロピレン）ジオール、ポリテトラメチレンエーテルジオール等のポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカーボネートポリオール等のポリエステル系ポリオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタジオール、１，６−ヘキサンジオール、ポリブタジエンポリオール等の直鎖状ポリオール、トリメチロールプロパン、ネオペンチルグリコール、メチルペンタンジオール、アクリルポリオール、フェノールレジンポリオール、エポキシポリオール、ポリエステルポリエーテルポリオール、カーボネートポリオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、カプロラクトンジオール、ヒドロキシエトキシ化ビスフェノールＡ、ヒドロキシエトキシ化ビスフェノールＳ、単官能アルコール類、飽和・不飽和ポリエステル等の水酸基含有化合物を、エチレン性不飽和基を持ったモノイソシアネートと反応させることによって得られる光重合性モノマーが挙げられる。
【００４２】
また、これらの水酸基含有化合物のいずれか、或いはこれらのうちの複数を組み合わせて用いることができる。なお、当該水酸基含有化合物は、分子内に複数の水酸基を有することが好ましい。
上述のモノイソシアネートとしては、２−イソシアネートエチルメタクリレート、イソシアン酸フェニル、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等が好ましい。この中で、２−イソシアネートエチルメタクリレートは、光または熱硬化の結合点として機能するエチレン性不飽和基を持っており、２−イソシアネートエチルメタクリレートとエチレン性不飽和基を有しないそれ以外のモノイソシアネートとの混合割合を調整することにより、研磨パッドの硬度を制御することもできる。
【００４３】
それに対して、ジイソシアネートの片方のイソシアネート基を水酸基含有化合物と反応させて得られるモノイソシアネートを用いた場合は、光硬化後の樹脂の凝集が強くなるため好ましくない。このことは、研磨に使用した時に径の大きな研磨くずが発生しやすく、研磨する対象にスクラッチを引き起こす可能性が高くなることを意味する。
本発明においては、光重合性ポリマー或いはオリゴマー２０〜９５質量％に対し、光重合性モノマー８０〜５質量％を配合して用いるのが好ましい。より好ましくは、光重合性ポリマー或いはオリゴマーが３０〜８０質量％、光重合性モノマーが７０〜２０質量％である。
【００４４】
本発明においては、感光性樹脂組成物は、上記光重合性ポリマー或いはオリゴマー、及び／または光重合性モノマーを含み、通常は光重合開始剤を添加して用いる。該光重合開始剤としては、例えばべンゾフェノン類、アセトフェノン類、α−ジケトン類、アシロイン類、アシロインエーテル類、べンジルアルキルケタール類、多核キノン類、チオキサントン類、アシルフォスフィン類等が挙げられる。具体的にはベンゾフェノン、クロルべンゾフェノン、アセトフェノン、べンジル、ジアセチル、ベンゾイン、ビバロイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンジルジエチルケタール、べンジルジイソプロピルケタール、アントラキノン、１，４−ナフトキノン、２−クロルアントラキノン、チオキサントン、２−クロルチオキサントン、アシルフォスフィンオキサイド等が好ましい。これらは単独で使用しても組合せて使用してもよい。
【００４５】
また、光重合開始剤は、上記光重合性ポリマー或いはオリゴマーと光重合性モノマーの合計量１００質量部に対して、１〜２０質量部添加して用いるのが好ましい。本発明においては布帛の存在により光の透過率が低下するため、光感度が高い光開始剤を使用することが好ましい。
さらに、かかる感光性樹脂組成物には、本発明の効果を損ねない範囲で他の添加物を適宜添加することができる。
【００４６】
本発明の研磨パッドは、前記の布帛に、塗布、或いはディップ法等により上記感光性樹脂組成物を含浸させた後、該樹脂組成物の感光性に応じた波長の紫外線或いは可視光線を照射して該樹脂組成物を硬化させて光硬化樹脂とすることによって得られる。
本発明の研磨パッドにおける非多孔質の樹脂とは、空孔率が１０％以下の樹脂をいう。空孔率は、以下のように定義される。空孔率を測定すべき対象物から１０点サンプリングを行い、そのサンプル片をスライスして断面を出し、光学顕微鏡、あるいは電子顕微鏡で６０倍の写真をとる。スライスされたサンプル片の縦１ｍｍ、横１ｍｍの断面積中に占める空孔の面積比を画像処理等で求め１０点で平均した値を空孔率と定義する。ここで、本発明のように研磨パッドが布帛部分と樹脂部分を含んで構成される場合における樹脂部分の空孔率は、研磨パッド内の布帛を除いた部分について計算された空孔率（空孔の面積／研磨パッド内の布帛を除いた部分の面積（樹脂の面積＋空孔の面積））をいうものとする。本発明の研磨パッドに使用される樹脂は、非多孔質であり、たとえ布帛への含浸工程で混入する気泡が存在したとしても、研磨パッドの空孔率は１０％以下のものである。研磨速度と研磨の均一性を保つために、研磨パッドの空孔率は５％以下が好ましく、２％以下がより好ましい。
【００４７】
本発明の研磨パッドは上記のように非多孔質の樹脂を用いるものであるため通気性を有さず、従来の連続発泡構造の研磨パッドのように、連続気泡を通じてスラリーを保持、移送することはできない。従って、加工によって、格子状、同心円状、ないしはスパイラル状の溝等の研磨パッドの研磨面全面に渡る凹凸構造（数百ミクロンオーダー）を設ける必要がある。しかしながら連続発泡構造の研磨パッドのように多孔質ではないため、気泡の分布や圧縮特性に由来する研磨の不均一性は発生しない。得られた研磨パッドの研磨面は、必要に応じてコンディショニング処理によって基材を露出させ、切削によって図１に示した溝部２を形成して用いる。
本発明の研磨パッドにおける基材と樹脂の比は、樹脂が５０〜９９．５質量％となるように構成するのが好ましく、７０〜９５質量％となるように構成するのがより好ましい。基材と樹脂の比は、基材となる布帛のかさ密度によってコントロールすることができる。
【００４８】
【実施例】
以下に、実施例により本発明を具体的に説明する。
以下の試験法を用いて、研磨パッドの基材である布帛を構成する繊維の断面積、及び研磨パッドの研磨性能を評価した。
（ａ）繊維の断面積の測定
まず、布帛をカッターで切断し、導電性を付与するために切断面に金の薄膜を形成した。次に、日立製作所社製のＳ−２４００電子顕微鏡を用いて断面を観察し、繊維の長手方向に垂直に切断されている断面を見つけて写真をとった。断面の面積は画像処理によって算出した。
（ｂ）研磨パッドの研磨性能
ＣＭＰ研磨装置としてＮＡＮＯＴＥＣＨ社製の５００ＳＴＺ−６を用いて研磨パッドの研磨特性を測定した。研磨速度の評価は、全面に銅層を設けたテストウエハを研磨して測定した。ディシングの評価は、１００μｍ幅の銅配線と１００μｍ幅のスペースを含むテストウエハにおいて、銅の部分の研磨量が１２００ｎｍになるように研磨した後の銅パターンの中央部分とスペース部分の中央部分の高さの差をアルバック社製の表面段差計ＤＥＫＴＡＫ３を用いて測定した。磨耗量は、１００番のダイヤモンドサイズのドレッシング処理によって測定した。
【００４９】
＜実施例１＞
感光性樹脂組成物の作成を以下の手順で行った。
（Ａ）ジエチレングリコール１モル部、アジピン酸０．５モル部、フマル酸０．５モル部の割合で通常の重縮合反応によって合成した分子量２４００の不飽和ポリエステルに、ウレタン化触媒としてジ−Ｎ−ブチル錫ラウレートを添加した後、上記ポリエステルに対する重量比で６．３％の２−イソシアネートエチルメタクリレートを攪拌しながら滴下してウレタン化処理を行った。なお、上記ウレタン化触媒は、２−イソシアネートエチルメタクリレートに対し重量比で５％の割合になるように添加した。
（Ｂ）３−メチル−１，５−ペンタンジオールに、ウレタン化触媒としてジ−Ｎ−ブチル錫ラウレートを添加した後、上記ジオール１モル部に対して２モル部の２−イソシアネートエチルメタクリレートを攪拌しながら滴下してウレタン化処理を行った。なお、上記ウレタン化触媒は、２−イソシアネートエチルメタクリレートに対し重量比で５％の割合になるように添加した。
（Ｃ）カプロラクトンジオールに、ウレタン化触媒としてジ−Ｎ−ブチル錫ラウレートを添加した後、上記ジオール１モル部に対して２モル部の２−イソシアネートエチルメタクリレートを攪拌しながら滴下してウレタン化処理を行った。なお、上記ウレタン化触媒は、２−イソシアネートエチルメタクリレートに対し重量比で５％の割合になるように添加した。
【００５０】
反応が終了した（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のウレタン化処理化合物、及び（Ｄ）トリアリルイソシアヌレートを重量比で１：１：１：０．２の割合で混合し、これに光重合開始剤として２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、重合禁止剤として２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノールを、それぞれ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の合計量に対し、重量比で２％、及び０．０３８％添加し、粘調な液体である感光性樹脂組成物を調整した。
【００５１】
乾燥時の引張強さが０．３８Ｎ／ｔｅｘ、分割後の各部分繊維の断面積が２４平方ミクロンのポリエステル６５％と、乾燥時の引張強さが０．４３Ｎ／ｔｅｘ、分割後の各部分繊維の断面積が２４平方ミクロンのナイロン３５％の分割繊維からなるかさ密度０．３０ｇ／ｃｍ３で１．０ｍｍ厚の不織布に、前出の手順で調整した感光性樹脂組成物を含浸させ、両面から紫外線を照射する事によって硬化させ、直径５１ｃｍの研磨パッドを作成した。
当該研磨パッドの空孔率（研磨パッド内の布帛部分を除いた部分について計算された面積）は４．０％であった。本研磨パッドにスラリー移送用の溝部を切削加工にて設けた後、本研磨パッドをＣＭＰ研磨装置に取り付け、アルミナ砥粒のスラリーを使用して、シリコンウェハー上の銅膜の平均研磨速度を測定したところ、最大で７４０ｎｍ／分の研磨速度が得られた。またこの際のディシングは３３０ｎｍであった。研磨パッドの磨耗量を測定したところ、０．１μｍ／分であった。
【００５２】
＜実施例２＞
乾燥時の引張強さが０．３８Ｎ／ｔｅｘ、分割後の各部分繊維の断面積が２４平方ミクロンのポリエステル６５％と、乾燥時の引張強さが０．４３Ｎ／ｔｅｘ、分割後の各部分繊維の断面積が２４平方ミクロンのナイロン３５％の分割繊維からなるかさ密度０．３０ｇ／ｃｍ３で１．０ｍｍ厚の不織布に、ウシオ電気社製のエキシマＶＵＶ／Ｏ３洗浄装置を用いて化学線処理を行った。光源として１７２ｎｍの波長を持つＸｅエキシマ−ランプを用い、光源とサンプル間の距離を１ｍｍに設定し、１１７８ｍＪ／ｃｍ２に該当するエネルギー量を照射した。該化学線処理によって改質された不織布に、実施例１と同一の感光性樹脂組成物を含浸させ、両面から紫外線を照射する事によって硬化させ、直径５１ｃｍの研磨パッドを作成した。
当該研磨パッドの空孔率（研磨パッド内の布帛部分を除いた部分について計算された面積）は２．６％であった。本研磨パッドにおいては、化学線処理を行った不織布の側を研磨面とし、該研磨面にスラリー移送用の溝部を切削加工にて設けた後、本研磨パッドをＣＭＰ研磨装置に取り付け、アルミナ砥粒のスラリーを使用して、シリコンウェハー上の銅膜の平均研磨速度を測定したところ、最大で６００ｎｍ／分の研磨速度が得られた。またこの際のディシングは２００ｎｍであった。研磨パッドの磨耗量を測定したところ、０．１μｍ／分であった。
【００５３】
＜実施例３＞
乾燥時の引張強さが０．３８Ｎ／ｔｅｘ、断面積が２０平方ミクロンのポリエステル繊維からなるかさ密度０．２８ｇ／ｃｍ３で１．０ｍｍ厚の不織布に、不飽和ポリエステル系オリゴマー６５質量％、水酸基含有単官能モノマー１７質量％、他のモノマー１６質量％、光重合開始剤２質量％を含有する感光性樹脂組成物を含浸させ、両面から紫外線を照射する事によって硬化させ、直径５１ｃｍの研磨パッドを作成した。
当該研磨パッドの空孔率（研磨パッド内の布帛部分を除いた部分について計算された面積）は０．２％であった。本研磨パッドにスラリー移送用の溝部を切削加工にて設けた後、本研磨パッドをＣＭＰ研磨装置に取り付け、アルミナ砥粒のスラリーを使用して、シリコンウェハー上の銅膜の平均研磨速度を測定したところ、最大で５６０ｎｍ／分の研磨速度が得られた。またこの際のディシングは１３０ｎｍであった。研磨パッドの磨耗量を測定したところ、０．５μｍ／分であった。
【００５４】
＜比較例１＞
乾燥時の引張強さが０．４３Ｎ／ｔｅｘ、断面積が８０平方ミクロンのナイロン繊維からなるかさ密度０．２６ｇ／ｃｍ３で１．０ｍｍ厚の不織布に、実施例３と同一の感光性樹脂組成物を含浸させ、両面から紫外線を照射する事によって硬化させ、直径５１ｃｍの研磨パッドを作成した。
当該研磨パッドの空孔率（研磨パッド内の布帛部分を除いた部分について計算された面積）は０％であった。本研磨パッドにスラリー移送用の溝部を切削加工にて設けた後、本研磨パッドをＣＭＰ研磨装置に取り付け、アルミナ砥粒のスラリーを使用して、シリコンウェハー上の銅膜の平均研磨速度を測定したところ、最大で５８０ｎｍ／分の研磨速度が得られた。しかしながら、この際のディシングは４２０ｎｍと大きいものであった。研磨パッドの磨耗量を測定したところ、０．５μｍ／分であった。
【００５５】
＜比較例２＞
乾燥時の引張強さが０．１８Ｎ／ｔｅｘ、断面積が１００平方ミクロンのレーヨン繊維からなるかさ密度０．２３ｇ／ｃｍ３で１．０ｍｍ厚の不織布に、実施例３と同一の感光性樹脂組成物を含浸させ、両面から紫外線を照射する事によって硬化させ、直径５１ｃｍの研磨パッドを作成した。
当該研磨パッドの空孔率（研磨パッド内の布帛部分を除いた部分について計算された面積）は２．０％であった。本研磨パッドにスラリー移送用の溝部を切削加工にて設けた後、本研磨パッドをＣＭＰ研磨装置に取り付け、アルミナ砥粒のスラリーを使用して、シリコンウェハー上の銅膜の平均研磨速度を測定したところ、最大で２４０ｎｍ／分の研磨速度しか得られなかった。なお、この際のディシングは２５０ｎｍであった。研磨パッドの磨耗量を測定したところ、０．５μｍ／分であった。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の研磨パッドは、従来の研磨パッドに比較して高い研磨速度が得られ、しかも均一性が高く、かつ寿命が長いという効果を有する。特に、ダマシン配線の銅配線、あるいはアルミニウム配線パターン等の厚い導電体パターンの研磨において、平坦化能力が高いという効果を有する。また、本発明の研磨パッドの製法においては、上述の研磨パッドの製法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研磨パッドの一例の断面を表す模式図。
【符号の説明】
１  研磨面
２  溝部
【図１】
2005019886.tif 000003